Impresión 3D PolyJet Explicada: Diferencias con FDM y SLA

Actualmente, casi todo el mundo ha oído hablar de la impresión 3D y de cómo está transformando múltiples industrias, creando nuevas oportunidades cada día. Las tecnologías más populares entre la comunidad maker son la modelación por deposición fundida (FDM) y la estereolitografía (SLA). Sin embargo, requisitos más exigentes a menudo demandan máquinas más costosas y de grado industrial, como las impresoras PolyJet.

Nos preguntamos qué son, cómo se utilizan y cuánto cuestan.

Las impresoras PolyJet funcionan expulsando gotas de fotopolímeros capa por capa. Cada capa se cura instantáneamente bajo luz UV, construyendo el objeto sistemáticamente. Estas impresoras permiten la impresión multimaterial, lo que permite que los modelos tengan más de un perfil técnico. Gracias a sus ventajas inherentes, la impresión PolyJet se utiliza en las industrias aeroespacial, automotriz, moda, ferroviaria y médica.

¿Qué es una impresora 3D PolyJet?

Los nombres en el mundo de la impresión 3D pueden ser confusos, y a menudo existen dos o más nombres para la misma tecnología o producto. Un buen ejemplo son FDM (Modelado por Deposición Fundida) y FFF (Fabricación por Filamento Fundido), que se refieren a la impresión con filamento termoplástico.

PolyJet o Poly Jet no es diferente en cuanto a nombres, ya que funciona bajo los mismos principios que las impresoras de inyección de material (MJ). La empresa Stratasys desarrolló su propia tecnología de inyección de líquido y la llamó Poly Jet porque se vincula a la tecnología.

Este método de impresión utiliza fotopolímeros como material de construcción, y la tecnología inyecta gotas de fotopolímero sobre la plataforma de construcción, que son curadas por luz UV. El proceso es extremadamente rápido y los niveles de precisión están entre los mejores de la industria 3D.

La empresa 3D Systems nombró a sus impresoras que usan esta tecnología como impresoras MJ o MultiJet. Aquí nuevamente, el nombre está directamente vinculado a un aspecto de la tecnología, ya que utiliza múltiples chorros para rociar o depositar con precisión el material fotopolímero líquido sobre la placa de construcción.

Como puede verse, los nombres usados en la impresión 3D pueden sonar confusos al principio, pero en realidad son bastante lógicos. La razón por la que la industria no se ajusta a un nombre común para un tipo de tecnología específica tiene mucho que ver con la asociación de marca y el marketing. Cuanta más atención una empresa pueda generar alrededor de sus productos, mejor será su resultado final. Es muy similar a un juego de Supervivencia donde "Engañar, Superar en inteligencia y Superar en juego" tienen una cuarta dimensión: "Superar en nombre".

La inyección de fotopolímeros en impresión 3D cae dentro o es una subclase de la categoría de extrusión/inyección de material. La inyección de material utiliza tecnologías que inyectan material fotopolímero líquido desde un cabezal de impresión sometido a luz UV y curado por ella. No todos, pero la mayoría de los procesos de inyección de material utilizan fotopolímeros como material de construcción.

Stratasys es considerado un líder mundial en tecnología de impresión FDM (FFF), y su adquisición de Objet en 2012 también llevó a las impresoras PolyJet y PolyJet Matrix. Las impresoras PolyJet son capaces de impresión multimaterial y multicolor, lo que ofrece impresiones de alta calidad.

¿Cómo funciona una impresora PolyJet?

En muchos aspectos, la impresión 3D PolyJet es similar a las impresoras de inyección de tinta para documentos. La diferencia es que las impresoras PolyJet imprimen modelos 3D, dándoles esa dimensión extra. Esto se logra imprimiendo capa por capa, de manera muy similar a la impresión FDM.

Cada capa depositada se cura bajo luz UV, y de esta manera la impresión se construye sistemáticamente. Al completar una impresión, puede manipularse y utilizarse inmediatamente sin necesidad de post-curado adicional, lo que supone un gran ahorro de tiempo.

Los soportes de impresión siguen siendo necesarios para voladizos y otros elementos de diseño geométrico que requieren soporte hasta que el proceso de curado se complete. Se utiliza un material gelatinoso especialmente diseñado donde se necesita soporte, y una vez completada la impresión, los soportes se retiran fácilmente a mano, se lavan con agua y finalmente se sumergen en una solución química para eliminar el material de soporte restante.

Existen numerosas ventajas en la impresión PolyJet que incluyen velocidad de impresión, precisión y calidad excepcionales, así como una gran variedad de materiales de impresión que pueden utilizarse simultáneamente, como en el caso de la impresora Objet Connex 3D de Stratasys.

Las impresoras PolyJet funcionan bajo los mismos principios que las impresoras 3D de inyección de material. Antes de comenzar la impresión, el material fotopolímero en el depósito de la impresora debe calentarse a la temperatura óptima para garantizar la viscosidad de impresión correcta.

La impresión comienza con el carro moviéndose a lo largo del eje X de la plataforma de construcción. Durante el movimiento, el cabezal de impresión inyecta selectivamente la resina en gotas muy finas sobre la plataforma de construcción, que se curan o endurecen inmediatamente con luz UV.

Con la tecnología de múltiples cabezales de impresión, los soportes se imprimen al mismo tiempo usando material de soporte específico que se elimina fácilmente después. Después de completar cada capa, la plataforma de construcción baja un nivel y el proceso se repite hasta que la impresión se ha completado. Las biorresinas se encuentran entre la amplia gama de opciones de materiales.

Con la tecnología PolyJet, las impresiones terminadas se rocían con agua a presión para eliminar el material de soporte y se sumergen en una solución química para disolver los últimos restos de material de soporte. Las impresoras MultiJet usan cera de parafina para su material de soporte, que debe derretirse en un horno.

Siempre es intuitivo y agradable ver una impresora en acción para comprender completamente cómo funciona, ¡así que eche un vistazo al siguiente video!

¿Es PolyJet similar a FDM?

Aunque las impresoras PolyJet y FDM construyen una impresión capa por capa, el proceso utilizado en cada una difiere enormemente. Las impresoras FDM usan termoplásticos como material, mientras que PolyJet usa fotopolímeros líquidos.

En la impresión FDM, el filamento termoplástico se enrolla en un carrete y se alimenta al cabezal de impresión, donde se funde y se extruye como una capa que se enfría y solidifica. Cada capa pasa por el mismo proceso hasta que la impresión está completa. En la impresión PolyJet, cada capa de resina líquida inyectada se cura con luz UV, y las capas se acumulan para formar una impresión completada.

¿Es PolyJet similar a SLA?

PolyJet es similar a la impresión SLA en que ambas usan una resina líquida que se cura con luz UV, pero los procesos son muy diferentes. SLA imprime el diseño boca abajo usando una cuba o baño de resina para imprimir el modelo, mientras que las impresoras PolyJet rocían pequeñas gotas sobre una placa de construcción y la construyen de esa manera.

Ambos métodos de impresión imprimen capa por capa, pero la impresión PolyJet tiene ventajas distintas sobre la impresión SLA. Para empezar, no está restringida a un solo tipo de resina, y el material de soporte se lava sin necesidad de un proceso de post-producción que consume mucho tiempo. En una escala de volumen de impresión, PolyJet es capaz de volúmenes de impresión más altos debido al acabado curado seco.

La mayor ventaja que PolyJet tiene sobre SLA es el uso multimaterial que tiene la capacidad de alterar la estructura del producto final. Donde SLA produce una impresión uniforme que es rígida, PolyJet combina diferentes materiales en la impresión para permitir que ciertas áreas sean rígidas mientras que otras pueden ser más flexibles.

¿Qué materiales usan las impresoras PolyJet?

La gama de materiales fotopolímeros utilizados con impresoras PolyJet es amplia con muchas aplicaciones diferentes. A continuación se enumeran algunas aplicaciones que han agregado valor a la industria médica y dental.

• BoneMatrix: Modelos que imitan estructuras óseas porosas, tejidos fibrosos y ligamentos.
• GelMatrix: Estructuras vasculares detalladas.
• Med610: Guías quirúrgicas para implantes dentales u otros procedimientos ortopédicos.
• Med620: Modelos de prueba precisos para trabajo dental.
• Med690: Diseño de coronas y puentes duraderos.
• VeroFlex: Diseño de monturas de gafas.

Es interesante ver cómo los diferentes materiales imitan la función real de la pieza creada. En odontología, es posible crear una estructura de dentadura más suave que se asemeja a goma blanda, limitando la presión directa sobre el tejido gingival real debajo. La capacidad de crear prótesis fuertes y duraderas que adoptan la sensación de tejidos y estructuras óseas reales es fenomenal.

Ventajas y desventajas de la impresión 3D PolyJet

Como ocurre con todo en la vida, existen ventajas y desventajas. Dado que la impresión 3D es un subconjunto de la vida, también debería tener sus pros y contras. Dejando de lado la terminología técnica, ¡vamos a repasarlos!

Ventajas

• Las impresiones PolyJet son precisas hasta 16 micras y tienen un acabado superficial suave que se compara muy bien con el moldeo por inyección. El proceso de impresión permite la impresión de múltiples piezas al mismo tiempo sin pérdida de velocidad.
• Los diseños pueden crearse e imprimirse a todo color, y se pueden utilizar diferentes materiales en la misma impresión. Esto es posible gracias al uso de múltiples cabezales de inyección.
• El proceso de curado con tecnología PolyJet es instantáneo, y las impresiones pueden usarse de inmediato.
• La tecnología PolyJet permite un detalle de impresión superior, y los soportes de impresión se lavan fácilmente una vez completada la impresión.
• Actualmente hay más de cien materiales de impresión para elegir, y el número crece continuamente.

Desventajas

A pesar de las muchas ventajas, las propiedades mecánicas tienden a fallar en la impresión PolyJet en cierta medida, ya que a menudo son peores que las piezas impresas en FDM y SLA. Las impresiones PolyJet son susceptibles al calor y la luz solar y perderán su resistencia con el tiempo. Por supuesto, esto depende de los materiales utilizados y, dado que existe un enorme repertorio de opciones, la mayoría de los casos de uso pueden abordarse adecuadamente eligiendo correctamente el material.

El otro aspecto negativo es que las impresoras y materiales de inyección de material pueden ser muy costosos y estar fuera del alcance de muchos entusiastas de la impresión 3D.

¿Es PolyJet costoso?

La respuesta simple es sí, PolyJet es costoso. Esto podría deberse a que la inyección de material es una adición relativamente nueva a la impresión 3D y se utiliza predominantemente en entornos profesionales. Esto no debería desanimar la exploración de las opciones que la inyección de material ofrece en comparación con las opciones FDM o SLA.

Si desea adquirir una impresora PolyJet, debe esperar invertir al menos $35,000. Dada esa cifra, realmente debe saber para qué la va a usar, ya que imprimir PolyPikachus de alta calidad no tendrá mucho sentido financiero.

Alternativas recomendadas para impresión en casa

A menos que esté dispuesto a desembolsar $35,000, probablemente necesite buscar en otro lado para obtener una impresora 3D.

Hay múltiples impresoras actualmente en el mercado que no arruinarán el banco y que pueden producir modelos de muy buena apariencia.

Tengo una Ender 3 Pro y es una impresora fantástica considerando que me costó menos de $200, pero también puede invertir en una Prusa MK3S+ que es una impresora mucho mejor, pero también cuesta un poco más (un "poco").

Por último, si es más fan de las impresoras de resina, considere las impresoras Elegoo, como la Elegoo Mars 3 Ultra 4k, que es una impresora increíble para crear sus propias miniaturas de alto detalle.

Aplicaciones de la impresión 3D PolyJet

Como se mencionó, la aplicación de la tecnología de impresión PolyJet es amplia y es buscada en entornos profesionales, ya que maneja bien detalles intrincados y características delicadas independientemente de la complejidad del diseño.

En EE. UU., la impresión PolyJet se encuentra en los sectores automotriz, arquitectura, industrial y educativo. La industria médica muestra un fuerte apoyo para la impresión PolyJet de prótesis y reemplazos articulares, así como en odontología. Las aplicaciones dentales son comunes en países desarrollados pero no tanto en economías emergentes como India, por lo que existe un gran potencial de crecimiento tanto en EE. UU. como a nivel mundial.

PolyJet en la industria sanitaria

La odontología ha adoptado las tecnologías de inyección de material porque ha permitido escalar el mercado de alineadores transparentes. La facilidad de operación de la impresora y la velocidad de impresión significan que las solicitudes bajo demanda pueden satisfacerse.

Aeroespacial

Se han logrado enormes ahorros con el uso de la tecnología PolyJet, y un ejemplo es el ahorro de $3.8 millones por el Departamento de Defensa de EE. UU., con un ahorro adicional esperado de más de $15 millones en los próximos 10 a 15 años.

Con nuevos diseños de aviones constantemente en desarrollo, las piezas de prototipo son esenciales, y no hay forma más fácil de crearlas según especificaciones que utilizando tecnología de inyección de material.

Automotriz

La industria automotriz se ha beneficiado enormemente de las tecnologías 3D, y la inclusión de la inyección de material como opción para prototipado rápido, herramientas, plantillas y fijaciones, y piezas de producción ha beneficiado enormemente a la industria.

Ferroviario

Con la tecnología PolyJet, el tiempo de producción para piezas personalizadas de grado de producción se ha reducido hasta en un 95%, lo que en cualquier industria significa eficiencia y respuesta efectiva en la presentación de soluciones que cumplen con la seguridad.

Arte y Moda

El arte y la moda se han convertido en una colaboración con las tecnologías de impresión 3D donde empresas como Stratasys unen la innovación con una creación que abarca no solo avances tecnológicos, sino que también refleja dimensiones filosóficas y culturales. Uno de estos desarrollos es la impresión por inyección con chocolate, que es solo una de las muchas aplicaciones para las tecnologías PolyJet.

Conclusión

Ahora debería tener no solo una buena comprensión de la impresión PolyJet, sino también un deseo agresivo de poseer una. Mientras ahorra al menos $35,000, personalmente recomiendo obtener una impresora FDM o SLA de grado hobby para iniciarse en el inmenso mundo de la impresión 3D. No solo descubrirá si le interesa esta industria, sino que también podría aprender que no necesita una máquina industrial de última generación para satisfacer sus necesidades.

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